Mosselen zijn beruchte maritieme verstekelingen die bekend staan ​​om het beschadigen van de rompen van boten, maar deze zelfde kleefeigenschappen hebben wijdverbreide technische toepassingen, wetenschappers in China en de Verenigde Staten schrijven een recensie die op 10 juli in het tijdschrift is gepubliceerd Materie . Ze suggereren dat de chemie van mosseldraden de inspiratie vormt voor technische innovaties die een breed scala aan problemen aanpakken, van het opruimen van olielekkages tot het behandelen van verontreinigd water.

Mosselen zijn bestand tegen krachtige stromingen en krachtige golven door zich vast te hechten aan rotsen met behulp van clusters van dunne, verrassend winterharde byssus-draden. Deze draden hebben hun hechtkracht te danken aan een aminozuurgroep genaamd dihydroxyfenylalanine (DOPA), die zich vastklampt aan het oppervlak door een reeks moleculaire gymnastiek uit te voeren, waaronder waterstofbruggen en hydrofobe en elektrostatische interacties.

Wetenschappers hebben ontdekt dat DOPA door deze interacties aan allerlei soorten vaste substraten kan hechten - en dat geldt ook voor dopamine, een molecuul met een vergelijkbare structuur als DOPA. Onderzoek dat suggereert dat dopamine een universele coating kan vormen op een breed scala aan substraten, heeft de groei van op mosselen geïnspireerde chemie gestimuleerd als een krachtig nieuw hulpmiddel voor materiaaloppervlakte-engineering en milieuwetenschap.

"Mosselen worden algemeen beschouwd als hinderlijk in de maritieme industrie, omdat ze ondergedompelde oppervlakken zullen koloniseren, ", zegt Hao-Cheng Yang, een onderzoeker aan de School of Chemical Engineering and Technology aan de Sun Yat-sen University in China. "Maar vanuit een ander gezichtspunt, de robuuste hechting van mosselen op substraten onder water heeft een biomimetische strategie geïnspireerd om sterke hechting tussen materialen in water te realiseren."

Er zijn al verschillende op mosselen geïnspireerde innovaties gaande. Een groep onderzoekers in China heeft een universele rode bloedcel ontwikkeld, die kan worden aanvaard door personen van elke bloedgroep, dat werkt door op mosselen geïnspireerde coatings te gebruiken om de cel te beschermen tegen detectie door het immuunsysteem van het lichaam (en daardoor de destructieve immuunrespons die daaruit zou voortvloeien te voorkomen).

Ander onderzoek is erin geslaagd superieure materialen te ontwikkelen voor het scheiden van olie en water, die zouden kunnen helpen om de milieuschade aan het mariene milieu na olielozingen te beperken. In tegenstelling tot sommige eerder ontwikkelde materialen, onderzoekers denken dat deze mosselgedreven innovaties geschikt kunnen zijn voor grootschalige productie. Mosselen hebben ook geleid tot vooruitgang in de waterzuiveringstechnologie. Innovatieve materialen die zware metalen kunnen verwijderen, organische verontreinigende stoffen, en pathogenen uit afvalwater worden ontwikkeld uit gepolymeriseerd dopamine, die gemakkelijk bindt aan deze verontreinigingen of aan andere materialen met dergelijke afvangeigenschappen.

Echter, hoewel de bindende eigenschappen van mosselen een verscheidenheid aan recent onderzoek hebben geïnspireerd, uitdagingen moeten nog worden overwonnen voordat ze in de echte wereld kunnen worden toegepast. Wetenschappers werken nog steeds aan het volledig begrijpen van de structuur-eigenschapsrelaties van op mosselen geïnspireerde chemicaliën zoals polydopamine en om het complexe web van interacties tussen aminozuren die hun hechtende eigenschappen beïnvloeden, te begrijpen.

"Ondanks eenvoud en effectiviteit, er zijn nog enkele inherente beperkingen, ", zegt Yang. "Alkalische omstandigheden zijn meestal nodig om de polymerisatie van dopamine te realiseren, dus het kan niet worden toegepast op materialen die onstabiel zijn onder alkalische omstandigheden. Bovendien, de afzetting van PDA is een tijdrovend proces - het duurt tientallen uren om een ​​uniforme coating op de meeste materiaaloppervlakken te vormen."

Sommige onderzoekers hopen deze uitdagingen te overwinnen door goedkope, stal, en veilige vervangers voor polydopamine, zoals polyfenolen.